二冲程柴油机机体强度研究及结构分析

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机体是柴油机中比较重要的部件之一,它使柴油机所有运动部件保持相对准确的位置并且稳定的运动。同时机体结构复杂,分布着各种倒角、圆角、加强筋、凸凹台、水道和油道和各种纵、横隔板等;此外,机体受力也比较复杂,不仅承受着各种螺栓预紧力、过盈力等装配产生的力,而且在工作时承受各种复杂的力,如爆发压力、活塞侧压力、各主轴承上的作用力、往复惯性力等。这些力的大小、方向不断地随着曲轴转角变化而变化。机体结构和受力的复杂性决定了它是柴油机强度有限元分析的对象。随着计算机技术水平的发展,有限元法日渐成熟,在工程领域得到了越来越广泛的应用,特别是在发动机零部件设计方面发挥着越来越重要的作用。作为一种通用的数值分析方法,有限元法是模拟和解决复杂结构的一种有效的辅助手段,是CAE领域的重要组成部分,也是最有效的分析方法。本论文首先根据柴油机的Autocad图纸通过三维建模软件UG建立机体的三维实体模型,将建立好的实体模型通过有限元前处理软件HyperMesh进行有限元网格划分,建立有限元模型,将有限元模型施加合理的边界条件和载荷后使用有限元分析软件Ansys进行分析计算。利用有限元法分析机体三大部件在螺栓预紧和最大爆发压力工况下的力学性能,然后利用有限元软件所特有的后处理模块找出危险部位的应力变化规律和相应部位的变形数据。根据计算结果进行强度校核。强度校核的结果表明所有机体组件的静强度是安全的。分析结果对机体设计和结构优化具有一定指导意义。当前对二冲程柴油机机体部件的有限元分析中,对主轴承孔的变形所做的分析很少。主轴承孔部位也是柴油机在工作状态下的主要受力部位,主轴承孔的变形会导致轴瓦随之变形和轴瓦上最小润滑油膜厚度的变化。如果主轴承孔变形较大,会导致油膜厚度的减小,导致轴颈与轴瓦之间产生混合摩擦甚至于干摩擦,影响曲轴的正常运转,降低轴瓦的寿命。本文对主轴承孔的变形进行了研究,计算了其在预紧和爆发工况下的变形情况。然后对机体进行了模态分析,研究了机体的刚度情况,并论证了模态计算的正确性。我国二冲程柴油机基本都是许可证生产,完全按照许可证方图纸生产,而较重部件的轻量化设计将是许可证厂家后续技术改进工作的重点。本文通过仿真计算验证了机体部分壁厚由原来的22mm减小到20.2mm,减轻机体重量304.18kg的情况下对机体的强度不会产生不良影响,该研究对许可证厂的部件国产化工作有借鉴参考价值,实际应用将可有效提高许可证厂产品市场竞争力。
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